D类音频功率放大器MAX9700／MAX9712及其应用

文章摘要：1.7 高效率问题D类放大器的效率由输出级晶体管的工作时间决定。在D类放大器中，输出晶体管如同一个电流调整开关(所消耗的额外功率可以忽略不计)，与D类输出级有关的功率损耗主要都是由MOSFET导通电阻与静态电流消耗产生的IR损耗。D类放大器在加上负载后，其输出失调电压不会明显增大静态电流，这是D类放大器功率转换的结果。如在AB类器件中，8 mV的直流失调电压通过8 W负载会额外消耗1 mA的电流。而对D类器件来说，8 mV的直流失调电压通过8 W负载时仅额外消耗8 mW的功率。线性放大器理论上的最佳效率为78％，但该效率仅出现在输出功率的峰值处。通常在标准工作电平(典型的音乐再生电平)下，效率

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1.7 高效率问题

D类放大器的效率由输出级晶体管的工作时间决定。在D类放大器中，输出晶体管如同一个电流调整开关(所消耗的额外功率可以忽略不计)，与D类输出级有关的功率损耗主要都是由MOSFET导通电阻与静态电流消耗产生的IR损耗。D类放大器在加上负载后，其输出失调电压不会明显增大静态电流，这是D类放大器功率转换的结果。如在AB类器件中，8 mV的直流失调电压通过8 W负载会额外消耗1 mA的电流。而对D类器件来说，8 mV的直流失调电压通过8 W负载时仅额外消耗8 mW的功率。线性放大器理论上的最佳效率为78％，但该效率仅出现在输出功率的峰值处。通常在标准工作电平(典型的音乐再生电平)下，效率会降到30％以下，而在相同条件下，MAX9700则可保持80％以上的效率。

为了进一步节省功率，MAX9700／MAX9712还提供有关断模式，关断模式下的电流损耗仅0.1mA，故可有效降低功耗、延长电池寿命。此外，放大器内部也提供有完备的噪声抑制功能，可以在启动与关断时消除瞬态噪声。关断时，H桥为高阻态；启动或上电时，输入放大器为静音状态，内部回路将调制器偏置电压设置到正确的电平，避免在随后启动H桥时产生咔嗒声和噼噗声。启动35 ms后，软启动电路解除输入放大器的静音状态。

2 MAX9700／MAX9712的应用电路

传统的D类放大器需要用输出滤波器从放大器的输出信号中恢复音频信号，而MAX9700／MAX9712则无需输出滤波器。MAX9700／MAX9712器件利用扬声器线圈自身的电感和扬声器与人耳的天然滤波作用来从方波输出中恢复音频成分，因而省去了输出滤波器，故可提供一个更小、更便宜、更高效的方案。不过，由于MAX9700／MAX9712的输出频率远远超出了大多数扬声器的带宽，而方波频率引起的音频线圈的偏移又非常小，因此，为获得最佳效果，应选用大于10μH的电感与扬声器串联。

MAX9700／MAX9712采用差分输入结构，兼容于许多编解码器，并可提供比单端输入放大器更强的噪声抑制能力。差分输入可抵消作用在输入端的任何共模信号。在蜂窝电话装置中，这一特性可用于去除射频发送器中高频共模信号的影响。MAX9700／MAX9712也可将任一输入端接至GND，而驱动另一输入端以将其配置为单端输入放大器。耦合方式既可以采用电容耦合，也可以采用直接直流耦合，只是直流耦合方式省去了耦合电容，但同时也失去了电容的低频抑制作用。此外，MAX9700／MAX9712还可级联构成立体声放大器，其电路结构如图3所示。

图3中，U1是主放大器，其未经滤波的输出可用来驱动从器件U2的SYNC输入，这样可使两个器件的开关频率同步。同步的两片MAX9700／MAX9712可以确保在音频频谱范围内不会出现差拍频率。实际上，无论主器件工作在FFM还是SSM模式下，这种配置均能工作，因为这种SYNC连接方式可以获得出色的THD+N性能，而且器件之间的串扰也很小。U2只跟踪SYNC的信号频率，而不是脉宽，因此，U2内部的反馈回路可确保抑制U1输出的音频成分。

MAX9700／MAX9712的具体应用电路如图4所示，图中，MAX9700或／MAX9712可对16位凌阳单片机SPCE061A的语音输出信号进行放大。SPCE061A是一款语音特色显著的单片机芯片，其语音压缩算法库可以方便地通过APl函数调用。本设计采用MAX9700对SPCE061A语音信号进行放大，可以收到良好效果。SPCE061A有两路语音可以形成立体声。图中只显示了其中一路(DAC1)。SYNC可通过单片机的IOBl口设置为SSM模式，开关可通过IOB2控制，音量可通过电位器CW调节。另外，由于语音输入的RC通路可以改善上电或停止时的语音质量。因此，本设计中，VDD和H桥电源均通过0.1μF电容旁路到GND和PGND，GND和PGND则采用星形布线与系统地连接，以便将地线共阻抗干扰降至最低。

3 结束语

利用MAX9700／MAX9712与凌阳16位单片机SPCE061A设计的语音输出信号放大电路可广泛用于PDA、MP3播放器、蜂窝电话以及各种需要音频控制和放大的应用场合，而且采用本方案具有EMI低、免滤波、占用线极面积小等优点，值得推广。

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